• Non ci sono risultati.

The Effects of Diet Formulation on the Yield, Proximate Composition, and Fatty Acid Profile of the Black Soldier Fly (Hermetia illucens L.) Prepupae Intended for Animal Feed

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Condividi "The Effects of Diet Formulation on the Yield, Proximate Composition, and Fatty Acid Profile of the Black Soldier Fly (Hermetia illucens L.) Prepupae Intended for Animal Feed"

Copied!
20
0
0

Testo completo

(1)

Animals 2019, 9, 178; doi:10.3390/ani9040178  www.mdpi.com/journal/animals  Article 

The Effects of Diet Formulation on the Yield, 

Proximate Composition, and Fatty Acid Profile of the 

Black Soldier Fly (Hermetia illucens L.) Prepupae 

Intended for Animal Feed 

Pier Paolo Danieli 1,*, Carola Lussiana 2, Laura Gasco 2, Andrea Amici 1 and Bruno Ronchi 1 

1  Department of Agriculture and Forest Sciences; University of Tuscia, 01100 Viterbo, Italy; amici@unitus.it  (A.A.); ronchi@unitus.it (B.R.)  2  Department of Agricultural Forest and Food Sciences; University of Torino, 10095 Grugliasco (TO), Italy;  carola.lussiana@unito.it (C.L.); laura.gasco@unito.it (L.G.)  *  Correspondence: danieli@unitus.it; Tel.: +39‐0761‐357349  Received: 23 March 2019; Accepted: 17 April 2019; Published: 19 April 2019  Simple Summary: Mass rearing of the black soldier fly to be used as feed is still at an early stage.  Among the different issues, larval feeding and nutrition of this species are the most relevant ones  from a practical standpoint. For example, testing four different diets, we found that this insect can  be  efficiently  reared  on  wheat  byproducts  in  place  of  cornmeal  and  that  using  diets  richer  in  carbohydrates  or  proteins  can  negatively  affect  protein  accumulation,  larval  development,  and  survivorship. Accumulation of unsaturated fats in black soldier fly prepupae is a matter of great  interest,  and  it  was  found  to  be  directly  dependent  on  the  amount  of  these  fats  in  the  rearing  substrates.  By  appropriately  mixing  different  food  byproducts  as  diet  ingredients,  our  research  suggests that black soldier fly prepupae meal suitable for the feed formulation can be obtained.  Abstract: The black soldier fly (BSF; Hermetia illucens L.) is a very promising insect species due to  the ability to convert low‐value substrates in highly nutrient feed. This work aimed to study the  effect of three nominally isoenergetic diets containing plant ingredients such as barley, alfalfa, and  wheat byproducts, formulated to be higher in nonfiber carbohydrates (TMD1), fibers (TMD2), and  protein (TMD3) in comparison to an extensively genetic modified cereal (cornmeal)‐based diet (C),  on the growth, yield, and nutritive traits of BSF prepupae (BSFPs). Three growing trials with four  biological  replicates  were  carried  out.  Proximate  and  fatty  acid  analyses  were  performed  on  the  diets  and  BSFPs.  Feed  conversion  ratios  (FCR),  dry  matter  and  nutrient  yields,  and  apparent  concentration factors (aBCF) for fatty acids (FAs) were calculated. Diet formulation had a substantial  effect on the survival, development rate, and larval yield, but the FCR was unaffected. The BSFPs  fed TMD3 did not result in a higher crude protein content in comparison to the C or TMD2 diets.  Despite the leveled fat content of the diets, BSFPs reared on TMD1 were highest in fat, saturated  FA, and fat yield. An apparent bioconcentration factor (aBCF) value lower than unity that was found  for the unsaturated FA suggests that the BSFPs inefficiently absorb them from the diet or possibly  turn them into saturated FA. However, the unsaturated FA accumulation in BSFPs depended on the  levels that were found in the diet, which suggested some possibilities for the FA profile modulation.  Overall,  the  TMD2  performed  well  despite  the  low‐value  of  its  main  ingredients  and  high  fiber  content and can be considered to be a feasible option for the mass rearing of BSFPs that are intended  for animal feed.   

Keywords: low‐value feedstocks; cereal byproducts; growth performance; diet optimization; insects  for feed; fatty acid apparent concentration factor 

(2)

1. Introduction 

The  increased  demand  for  products  of  animal  origin  requires  an  increase  in  feeding  raw  materials, and,  to meet  the  needs of a  market that  is  paying an  increasing amount of  attention  to  environmental issues, new sustainable raw materials are needed [1,2]. As a raw material, insects are  a focus of one of the emerging frontiers of research, and publications indicate how they can suitably  be used in animal feeds [3–7]. Insect‐derived products have a chemical composition that  meet the  nutritional requirements of different animals well. They are rich in crude protein, essential amino  acids,  lipids  containing  fatty  acids  with  anti‐microbial  properties  (such  as  lauric  acid),  and  micronutrients  [8,9].  The  composition  is  related  to  the  species  and  can  be  modulated  through  the  rearing substrate [10–12]. In addition to nutrients, a crucial aspect to consider for the suitability of an  insect species for feed purposes is the possibility of being mass‐reared to deliver large quantities to  the market at an affordable price [13–16]. The mass rearing of insects requires the development of  artificial diets that are able to meet nutritional requirements and to guarantee good insect‐rearing  performance. Several substrates have been tested, and some insect species are also considered to be  valuable for waste management or the upgrading of low‐value organic byproducts [17]. The black  soldier fly (Hermetia illucens L., Diptera: Stratiomydae) has been indicated as a possible insect species  and is one of the most appropriate [12,18]. However, it is important to underline that insects reared  within the Europe Union are considered to be “farmed animals” (Reg. (EC) 1069/2009), and, therefore,  several  restrictions  are  applied  to  the  allowed  substrates.  For  instance,  no  catering  waste,  former  foodstuffs containing meat or fish, or manure/animal feces are allowed. Black soldier fly (BSF) larvae  (BSFLs) can be mass‐reared on several organic substrates [11,12,18] and are rich in valuable nutrients.  Moreover, trials indicate that they can be included in livestock and fish diets with promising results  [5,19,20]. The BSFLs have been proven to grow easily (for example, see [21–23]) on diets developed  for rearing house fly larvae (Musca domestica L.; Diptera: Muscidae) [24] that include alfalfa, wheat  bran, and cornmeal. Notwithstanding, an in‐depth evaluation of the suitability of artificial diets to  fulfill the nutritional requirements of BSFLs (e.g., energy density, protein content, and aminoacidic  or  mineral  profiles)  has  not  been  carried  out.  However,  indirect  evidence  suggests  that  a  balance  between the crude protein and carbohydrate concentrations of the growing substrates may play a  role in determining the optimal growth and compositional traits of BSFLs [12,18,25]. A formulation  of diets for BSFLs comprising cornmeal, a feedstuff coming from Zea mays L., which is the second  most‐cultivated  GM‐plant  in  the  world  [26],  implies  that  transgenic  material  can  enter  the  BSFL  production chain easily. In contrast, cereals such as spring wheat (Triticum aestivum L.) and barley  (Hordeum vulgare L.) are cultivated worldwide and, in EU in particular, are not GM; thus, substituting  corn with wheat or barley and/or their byproducts can ensure that no GM materials enter the BSFL  production  chain,  provided  that  the  diet  does  not  include  other  potentially  GM  feedstocks  (e.g.,  soybean,  cotton  seeds,  canola,  and  their  derivatives).  If  other  rules  for  organic  production  are  respected,  the  obtained  BSFLs  can  be  used  in  animal  feed  (e.g.,  in  poultry  feed)  managed  under  organic  farming  principles.  Therefore,  the  main  aim  of  this  research  was  to  study  the  growing  performance, yields, proximate composition, and fatty acid profile of BSF prepupa (BSFP) meal when  larvae were fed on a control diet that includes cornmeal and three iso‐energetic experimental diets  that were formulated by using barley and low‐value wheat‐derived feedstuffs, with each differing in  nonfiber carbohydrate, fiber, and crude protein concentrations. 

(3)

All  the  BSF  rearing  and  analytical  procedures  described  hereafter  were  carried  out  at  the  Minilivestock Facility of the Experimental Farm “N. Lupori” (Viterbo, Italy) and in the Animal and  Production  Science  laboratories  of  the  University  of  Tuscia  ‐  DAFNE  (Viterbo,  Italy)  and  the  University  of  Torino‐DISAFA  (Torino,  Italy).  Throughout  the  whole  experiment,  the  BSFLs  were  obtained from three consecutive generations of flies (3rd–5th), starting with a single prepupa pool,  which were provided by the University of Torino (Italy).  2.1. Black Soldier Fly Rearing  2.1.1. Production of BSF Breeders, Mating and Oviposition  Pupation (200–300 pupae per batch) was performed in wood shavings according to Holmes et  al. [27] and after the emergence, adult BSFs were maintained in an 80 × 35 × 85 cm flight cage made  of a semi‐rigid, self‐supporting steel net (3 × 3 mm mesh) covered by a 3 mm thick methacrylate top.  To ensure a high mating and deposition rate [28], four F36W/840 cool white neon tubes (Feilo Sylvania  GmbH, Erlangen, Germany) and four 10 W LED light spots (Bion LIGHTING, Canton, China) were  installed 10 cm above the flight cage in an assembly scheme that is similar to that of Nakamura et al.  [29]. The lighting system ensured a total photonic flux of 1097 µmol/m2/s at the center of the flight  space (total irradiance 52.7 W/m2, total illuminance 6.12 Klux; data recorded using an SS1 SunScan,  Delta‐T Devices Ltd., Cambridge, UK). Tap water was provided ad libitum in shallow plastic plates.  Some branches of plastic climbing plants 70 cm long were available inside the cage to allow for the  free expression of the flies’ lekking behavior [30]. Mating and oviposition took place at 28.1 ± 0.3 °C  and 78.9 ± 5.3% RH. Mated females laid clutches of eggs within an oviposition box [29], in which  packs  of  single‐face  fluted  cardboard  strips  (approximately  3  flutes/cm)  were  suspended  approximately 3 cm above a thick layer of wheat middlings in water (ratio of approximately 1:2) as  an attractant.   

2.1.2. Production of BSFLs 

Every  day  at  9:00  a.m.,  the  oviposition  packs  were  opened,  and  the  cardboard  strips  were  checked for clutches; if present, the clutches were transferred to thin plastic strips (six per strip) with  the aid of a small steel rounded‐end spatula. Plastic strips were then suspended at approximately 1  cm above a layer of 15 g wheat middling saturated with water (an approximate ratio of 1:1) into small  circular starter larvaria (12 cm ID, 8 cm high). For the first 2–3 days, the starter larvaria were closed  with a lid to avoid possible drying of the eggs, and, after hatching, finely holed lids were used after  hatching. Three days after hatching, young BSFLs were fed with a double amount (30 g) of soaked  wheat middlings and were divided into two parts if necessary. At six days from hatching, a part of  the young BSFLs was used for the experimental purposes (see Section 2.3), and the rest was reared at  a  density  of  10,000  larvae/m2  on  the  cornmeal/alfalfa/wheat  bran  diet  (50:30:20;  feeding  rate  12.2 

mg/day) to obtain a successive cohort of breeders.  2.2. Experimental Larvae Preparation, Seeding, and Harvesting  The six‐day old BSFLs were separated from growing substrates by washing with tap water and  then were classified dimensionally by a sieving system that was obtained by piling up two stainless  steel ASTM test sieves (Giuliani Tecnologie s.r.l., Torino, Italy). A bunch of larvae was spread on the  overlying 2 mm (10 mesh ASTM E11‐70) sieve and was left to actively pass through it and the 1 mm 

(4)

sieve below (18 mesh). To make the process faster, the upper sieve was exposed to the direct light of  a cool‐white low‐energy lamp (10 W). The BSFLs were frequently sprayed with tap water to prevent  drying.  Only  the  BSFLs  retained  by  the  1  mm  sieve  were  used  in  the  growing  trials.  Triplicate  seedings  of  ninety  BSFLs  were  performed  in  9.5  ×  6.4  ×  3.8  cm  plastic  larvaria  at  a  density  of  1.5  BSFLs/cm2.  Before  and  after  seeding,  all  the  larvaria  were  individually  weighed  with  a  PE  160 

analytical scale (Mettler Toledo S.p.A., Novate Milanese, Italy) to measure the total and mean larval  weights. Each larvarium had a lid with a central hole (3 cm D) covered with a nylon net to ensure fair  gaseous exchanges but was sufficiently fine to prevent the escape of BSFLs. Just after the seeding and  weighing  operations,  the  right  amount  of  diet  and  water  for  the  first  3‐day  feeding  period  was  dispensed  in  all  experimental  larvaria.  The  BSFLs  were  reared  until  approximately  70%  of  them  reached the prepupal stage (dark brown colored) [29]. Previous preparatory trials suggested that a  21‐day growing period, as described for the experimental conditions that are detailed elsewhere in  this section, would have been fit for this purpose.    2.3. Diets and Feeding  The whole experiment included three consecutive trials lasting 21 days each. For each trial, three  separate batches of six‐day old BSFLs were reared with four different diets: the control diet (C) and  three  experimental  total  mixed  diets  (namely,  TMD1,  TMD2,  and  TMD3)  differing  as  far  as  the  formulation was concerned (Table 1). The control diet was used for more than six months before the  experimentation to rear BSFLs for other research purposes. The TMD1 and TMD2 were formulated  to be nominally isoenergetic and isoproteic according to the gross energy (GE) and crude protein (CP)  concentrations that were calculated for the C diet (estimates not shown) by using the nutritive data  sheets that are available in the literature [31,32]. The adopted formulation made the TMD1 and TMD2,  nominally,  a  high  nonfiber  content  diet  and  a  high  fiber  content  diet,  respectively  (estimates  not  shown).    Table 1. Formulation (g/100 g) of the control (C) and the experimental diets (TMD1–TMD3) for black  soldier fly larvae (BSFLs).  Feedstuffs  TMD1  TMD2  TMD3  Ground corn  50  ‐  ‐  ‐  Ground barley  ‐  68  16  15  Wheat middlings  ‐  ‐  50  55  Wheat bran  20  20  ‐  ‐  Dehydrated alfalfa  30  12  10  30  Wheat straw  ‐  ‐  24  ‐ 

TMD1:  high‐nonfiber  carbohydrate  content  total  mixed  diet;  TMD2:  high‐fiber  content  total  mixed diet; TMD3: high‐protein content total mixed diet In the same way, the TMD3 was formulated  to  obtain  a  30%  higher  CP  content  than  that  of  the  control  diet.  Larval  feeding  was performed  to  provide 12.2 mg/larvae/day of one of the three experimental TMDs or the control diet. Before mixing,  all the ingredients were ground to pass a 1‐mm screen by a hammer mill (Retsch GmbH, Germany).  Just  before  feeding,  deionized  water  was  added  to  the  mixed  ingredients  at  variable  rates  (in  milliliters per gram of diet as fed) according to the water‐holding capacity of the diets: 1.70, 1.63, 1.82,  and  1.73  for  C,  TMD1,  TMD2,  and  TMD3,  respectively.  All  the  experimental  larvaria  were  fed  concurrently at 2‐ or 3‐day intervals according to the same schedule that was adopted for all trials. A  single  stock  maintained  in  freezing  conditions  (−18  °C)  was  prepared  for  each  diet  to  be  used 

(5)

throughout the experimental period. All the trials were carried out at 28.5 ± 0.3 °C and 75.6 ± 4.2 %  RH. 

2.4. BSF Larvae Harvesting and Processing 

At the end of the growing time (at 9:00 a.m. of the 22nd day after seeding), all the larvaria were  weighed  and  immediately  frozen  at  −18  °C.  After  at  least  24  h,  the  larvaria  were  left  at  room  temperature  until  complete  defrosting.  The  BSFLs  were  then  mechanically  separated  from  the  undigested diets and feces (frass) and were thoroughly washed with tap water. After washing, the  BSFLs were dried over several layers of adsorbent laboratory paper. This procedure was carried out  several times until  no visible moisture was  seen. For each experimental  larvarium,  the BSFLs and  postfeeding  larvae  (or  prepupae,  BSFPs)  were  separately  counted  and  weighed.  Both  BSFLs  and  BSFPs were then dried in an air‐forced oven at 45 °C until a constant weight to determine the dry  matter (DM45) and were finely ground with a high‐speed bench mill. Larval meal samples were then 

stocked for further laboratory operations. Due to the low amount of recovered dry larval material,  for each treatment, it was  decided to pool the content of two  larvaria  that were  randomly  chosen  within the four replicates that were set up. In some diets, the recovered dry BSFL meal was very low,  and only the BSFP meal samples were further submitted to proximate and chemical evaluation. In  comparison to the last feeding larval stages (i.e., the 6th instar), prepupae might offer two advantages  [18]:  (i)  the  prepupa  empties  its  digestive  tract,  thereby  reducing  the  risk  of  carrying  pathogenic  microorganisms; and  (ii)  the  prepupal  migrating  behavior offers  opportunities for  harvesting  in  a  scaled‐up rearing system. After the BSFP separation, samples of frass were diluted in ultrapure water  (ASTM type I standard, specific conductivity 0.055 µS/cm) in a ratio of 1:3, and the pH was measured  using a portable pH‐meter (XS Instruments, Carpi, Italy) calibrated in the range 4.01–10.01.  2.5. Proximate Composition of Diets and BSFP Meal  2.5.1. Diets  The proximate composition and gross energy (GE) content were determined for the control diet  and  for  the  three  experimental  diets.  All  the  analytical  determinations  were  performed  twice.  Gravimetric measurements were carried out by using a PE160 analytical scale (Mettler Toledo S.p.A.,  Novate  Milanese,  Italy).  The  dry  matter  content  (DM)  of  the  diet  samples  was  determined  by  gravimetry (AOAC method n. 934.01) [33]. Gravimetric determination of the ash content (ASH) was  obtained  after  sample  incineration  by  the  muffle  furnace  (AOAC  method  n.  942.05)  [33].  Crude  protein (CP) was assessed through the Kjeldahl method (AOAC method n. 978.04) [33], and the ether  extract  (EE)  was  determined  by  Soxhlet  extraction  (AOAC  method  n.  920.39)  [33].  Two  fibrous  fractions, the neutral detergent fiber (NDF) and the acid detergent fiber (ADF), were also analyzed.  The neutral detergent fiber was determined by boiling a 0.5 g sample for 1 h in 100 mL of neutral  detergent  plus  0.05  mL  of  heat‐stable  α‐amylase  (ANKOM  Technology,  NY,  USA)  and  0.5  g  of  analytical grade sodium sulfite (Sigma‐Aldrich, Darmstadt, Germany) [34]. The acid detergent fiber  was determined as described by Goering and Van Soest [35]. All compositional data were measured  in  g/kg DM.  The  GE  content  (MJ/kg  DM)  of  the  diet  samples  was  obtained  through  a  Parr  6200 

Isoperibol Calorimeter (Parr Instrument Company, Moline, IL, USA) according to the manufacturer’s  instructions. The pH of the diets was determined in subsamples diluted with ASTM type I water as  was detailed for frass (see Section 2.4). 

(6)

2.5.2. BSFP Meal   

The concentrations of DM at 105 °C, CP, EE, and ash were obtained by using the corresponding  methods as were previously described for the diets. In addition, the chitin content of the BSFP meal  was  analyzed  according  to  Liu  et  al.  [36],  with  minor  modifications.  Briefly,  an  aliquot  of  the  prepupae meal (90–100 mg) was sealed in an ANKOM filter bag (ANKOM Technology, Macedon,  NY,  USA)  that  was  shaped  to  fit  a  15  mL  screw  cap  centrifuge  tube  and  was  submitted  to  demineralization for 30 min in 5 mL of HCl 1 M at 100 °C. The five washing steps in ASTM Type I  water  that  were  completed  to  reach  neutrality  followed  the  demineralization  process.  A  deproteinization step was then performed in 5 mL NaOH 1 M at 80 °C for 24 h. In the end, the sample  was washed five times in ASTM Type I water until neutrality was reached. After drying at 105 °C in  an air‐forced oven for 2 h, the chitin content (CT, g/kg DM) was calculated as follows: 

𝐶𝑇 1000 𝐹𝑤 𝐵𝑤 𝐶

𝑆𝑤   (1) 

where  Fw  =  weight  after  demineralization,  deproteinization,  and  drying  (g),  Bw  =  weight  of  the  modified ANKOM extraction bag (g), C = dimensionless factor taking in account the mean weight  loss of extraction bags (0.999, n = 6) treated according to the same procedure used for the samples,  and Sw = exact amount of sample processed (g). The discoloration step proposed by Liu et al. [36], by  soaking samples in 1% KMnO4 for 1 h was omitted because propaedeutic trials gave no improvements 

in  terms  of  weight  loss  of  the  demineralized‐deproteinized  samples  after  treatment  with  the  permanganate solution (Table S1, supplementary materials). 

2.6. Fatty Acid Profiles of Diets and BSFPs 

Representative samples of dried (at a temperature of 45 °C) rearing substrates and BSFP meal  were analyzed for the fatty acid (FA) composition as described by Alves et al. [37]. Briefly, FAs were  extracted  and  directly  trans‐esterified  as  described  by  Sukhija  and  Palmquist  [38].  Solid‐phase  extraction  (SPE)  with  LiChrolut  Si  cartridges  (Merck  KGaA,  Darmstadt,  Germany)  was  used  as  a  cleanup method to remove interfering compounds. Fatty acid methyl esters (FAMEs) were separated  and  quantified  using  the  same  analytical  instruments  and  temperature  program  as  described  by  Renna et al. [39]. Peaks were identified by injecting pure FAME standards (Sigma–Aldrich, Milano,  Italy;  Matreya  Inc.,  State  College,  PA,  USA;  Restek  Corporation,  PA,  Bellefonte,  USA)  and  by  comparison with the chromatogram published by Alves et al. [37]. Quantification was assessed using  heptadecanoic acid as the internal standard. The results were expressed as mg/100 g DM and were  reported as g/100 g of the total detected fatty acids (TDFAs)  2.7. Data Elaboration and Statistical Analysis  On the data regarding BSFPs and BSFLs recorded at the end of each trial, the ratio of BSFPs to  total BSF specimens recovered was calculated. The survival rate (SR) was also calculated by dividing  the total BSF specimen recorded at harvest by the number of larvae at the beginning of each trial (90).  The  feed  conversion  ratios  (FCRs)  based  on  the  wet  weight  (FCRW)  and  dry  matter  (FCRD)  were 

calculated as follows: 

(7)

𝐹𝐶𝑅 𝑇𝐷 /𝑇𝑊𝐺  (3)   

where TDWW = total weight of diet administered to each larvarium in 21 days (g), TDDW = total dry  weight of diet administered to each larvarium in 21 days (g), and TWG = total weight gain of BSF  specimens regardless the developments stage (final weight minus initial BSFLs weight) at harvest (g).  For  all  the  above  parameters,  four  replicates  per  treatment  within  a  trial  were  considered  in  the  statistical analysis. For  the BSFP meal, from the  proximate composition (see Section  2.5.2), the CP  content of the defatted dry matter (CPDEFATTED) (g/kg DM) was calculated as follows: 

𝐶𝑃 𝐶𝑃 10001000 𝐸𝐸 .   (4)    The nonfiber carbohydrates content (NFC) (g/kg DM) was estimated as follows [40]:  𝑁𝐹𝐶 1000 𝐶𝑃 𝐸𝐸 𝐴𝑆𝐻 𝑁𝐷𝐹 .  (5)    Similarly, the residual organic matter (ROM) (g/kg DM) was estimated by calculation from the  proximate compositional data on BSFPs:  𝑅𝑂𝑀 1000 𝐶𝑃 𝐸𝐸 𝐴𝑆𝐻 𝐶𝑇 .   (6)   

The  dry  matter,  crude  protein,  ether  extract,  and  ROM  yields  (DMY,  CPY,  EEY,  and  ROMY,  respectively) were calculated from the DM, CP, EE, and ROM concentrations of the harvested BSFPs  and the relative total weight (wet or dry) values. As far as the fatty acid groups are concerned, the  total  saturated,  unsaturated,  monounsaturated,  monounsaturated  trans,  polyunsaturated,  and  branched FAs (ΣSFA, ΣUFA, ΣMUFA, ΣMUFA trans, ΣPUFA, and Σiso + anteiso FA) were obtained  by summing up all the relative FA detected, identified, and thus quantified. In addition, the ratios  ΣUFA/ΣSFA,  ΣMUFA/ΣSFA,  ΣPUFA/ΣSFA,  and  ΣPUFA/ΣMUFA  were  also  calculated  for  the  unprocessed point data. For each FA or FA group, an apparent bioconcentration factor (aBCF) was  calculated as follows:  𝑎𝐵𝐶𝐹 𝐹𝐴 𝑇𝐷𝐹𝐴⁄ 𝐹𝐴 𝑇𝐷𝐹𝐴⁄   (7)    where i = specific FA (g/100 g DM) or the sum of a group of FA (SFA, MUFA, MUFA trans, PUFA, and  branched FA), and TDFA = total detected fatty acids (g/100 g DM).    All the data were analyzed by ANOVA through the General Linear Model procedure of Statistica  10 (StatSoft Inc., Tulsa, OK, USA) to detect the diet effect according to the model:  𝑦 𝜇 𝐷 𝜀   (8)    where y = the single datum, µ = the overall mean, D = diet (i = 4, C, TMD1, TMD2, and TMD3), and ε  = the error term. The difference between means was tested through Fisher’s least significant difference  (LSD) post‐hoc statistic (StatSoft Inc., Tulsa, OK, USA). Significance was declared at p ≤ 0.05. Except  for the proximate composition data and fatty acid profile of the diets, all the results are presented as  the mean ± standard error. 

(8)

3. Results  3.1. Proximate Composition and Fatty Acid Profile of the Diets  The chemical composition of the control and experimental diets is reported in Table 2. The CP  concentrations of TMD1 and TMD2 were within a ± 5% range of that of the control diet. The TMD3  was slightly higher than CP excess designed during the experimental planning stage (+30%). The EE  content was fairly leveled among diets. In contrast, TMD1 and TMD2 resulted in a lower (−38.7%)  and  a  higher  (+31.5%)  fibrous  carbohydrate  content  (NDF),  respectively,  compared  to  that  of  the  control. Similarly, the content of lingo‐cellulosic fiber fraction (ADF) was higher in TMD2 and lower  in  TMD1  than  in  C because of  the  different  formulations (Table  1). Accordingly, the  NFC  content  varied from −14.4% for TMD2 up to +15.4% for TMD1 in comparison to that of the control diet. The  GE values showed low variations, as expected.    Table 2. Proximate composition (g/kg DM; unless otherwise stated) and gross energy content (MJ/kg  DM) of the control (C) and experimental diets (TMD1–TMD3).  Prximate composition  TMD1  TMD2  TMD3  DM (g/Kg WW)  875  871  895  882  Ash  33  24  41  41  CP  106  111  112  138  EE  42  40  44  40  NDF  222  136  292  220  ADF  105  96  196  116  NFC  597  689  511  561  GE (MJ/Kg DM)  18.6  19.4  18.8  19.0  DM = dry matter; WW = wet weight; CP = crude protein; EE = ether extract; NDF = neutral detergent fiber; ADF  = acid detergent fiber; NFC = non–fiber carbohydrate; GE = gross energy. TMD1: high‐nonfiber carbohydrate  content total mixed diet; TMD2: high‐fiber content total mixed diet; TMD3: high‐protein content total mixed diet  .  The fatty acid profiles of the diets are listed in Table 3. Depending on the diet formulation, the  total percentage of SFA ranged from 27.3 (C) to 35.1 (TMD1). Overall, in comparison to the FA profile  of the control diet, the lower content of MUFA was counterbalanced by a higher content of SFA in  TMD1 or PUFA in TMD2 and TMD3. As regards the pH of the wet diets, which was measured at the  beginning of the first trial, the recorded values were 5.95, 5.60, 5.90, and 5.79 for C, TMD1, TMD2,  and TMD3, respectively.     

(9)

Table 3. Fatty acid (FA) profile (g/100 g of TDFA) of the control (C) and experimental (TMD1– TMD3) diets.  Fatty acids  TMD1  TMD2  TMD3  C12:0  0.64  0.37  0.22  0.17  C14:0  0.50  0.60  0.59  0.40  C16:0  24.41  32.31  27.45  27.36  C18:0  1.50  1.57  1.12  1.09  C20:0  nd  nd  0.14  0.09  C14:1 + C15  0.20  0.21  0.20  0.20  C16:1  0.33  0.20  0.30  0.30  C18:1 cis 9  20.49  13.04  13.77  13.48  C18:1 cis 11  0.70  0.54  0.97  0.96  C18:2 n‐6  46.60  46.40  49.92  49.84  C18:3 n‐6  nd  nd  0.08  0.06  C18:3 n‐3  4.21  4.26  4.34  5.18  C20:1 cis 11  nd  0.16  0.29  0.27  ΣSFA  27.31  35.11  29.76  29.33  Σiso + anteiso FA  0.27  0.26  0.23  0.22  ΣMUFA  21.72  14.15  15.71  15.33  ΣMUFA trans  nd  nd  0.18  0.13  ΣPUFA  50.96  50.74  54.53  55.34  SFA = saturated fatty acids; MUFA = monounsaturated fatty acids; PUFA = polyunsaturated fatty acids; nd = not  detected. TMD1: high‐nonfiber carbohydrate content total mixed diet; TMD2: high‐fiber content total mixed diet;  TMD3: high‐protein content total mixed diet .  3.2. BSFP Recovery, Larval Survivorship, and Yields  The diet had a highly significant effect on the survival and development of BSFLs in our rearing  conditions (Table 4). In comparison with the control diet, the TMD1 exhibited a reduction of BSFPs  and total BSF counts at harvest and a lower survival rate. Lower total BSF counts and survival rate  was also observed for the TMD3 if compared to the control diet. As far as the prepupae to the total  BSFP count at harvest, TMD1 gave also worse results than TMD2 (p < 0.01) and the protein‐rich TMD3  (p < 0.05). On the other hand, TMD3 did not give better results concerning TMD2 or diet C.    Table 4. Effect of the diets on larval survival and development, black soldier fly prepupae (BSFPs),  and total yields and feed conversion ratios (FCRs).  Parameter  TMD1  TMD2  TMD3  SEM  p    Initial BSFLs (n)  90  90  90  90  ‐  ‐  BSFPs (n)  48.09 ± 3.55 A  32.45 ± 3.39 B  56.09 ± 4.61 Aa  43.27 ± 4.32 ABb  2.329  0.002  Total BSFs (n)  75.45 ± 2.14 A  59.36 ± 2.53 B  74.00 ± 3.70 A  60.73 ± 3.64 B  1.862  0.001  BSFPs/Total BSF  0.64 ± 0.05 AB  0.54 ± 0.05 Bb  0.76 ± 0.04 A  0.70 ± 0.04 ABa  0.025  0.008  SR  0.84 ± 0.02 A  0.66 ± 0.03 B  0.81 ± 0.05 A  0.67 ± 0.04 B  0.021  0.001  Initial BSFL total weight (g WW)  2.90 ± 0.49  2.94 ± 0.5  2.91 ± 0.49  3.07 ± 0.51  0.512  0.996  BSFP weight 1 (g WW)  4.21 ± 0.39 ab  3.51 ± 0.41b  4.90 ± 0.41a  4.11 ± 0.44 ab  0.212  0.140 

BSF weight 1 (g WW)  8.31 ± 0.34 A  7.91 ± 0.43 ABa  7.39 ± 0.19 ABab  6.86 ± 0.32 Bb  0.180  0.021 

FCRW  13.13 ± 1.97  15.23 ± 3.14  14.43 ± 1.39  19.16 ± 3.08  1.263  0.370 

FCRD  4.96 ± 0.76  5.89 ± 1.25  5.22 ± 0.54  7.11 ± 1.16  0.494  0.418 

BSFLs = black soldier fly larvae; n = number of specimens; BSFPs = black soldier fly prepupae; total BSFs = count  of all the BSF development stages at harvest; SR = survival rate (total BSFs to initial BSFLs ratio); WW = wet  weight; FCRW = feed conversion ratio based on the diet as fed; FCRD = feed conversion ratio based on the dry 

(10)

significantly different at p < 0.01; a,b values within a row with different superscripts are significantly different at 

p  <  0.05. 1  Cumulate  BSFPs  (or  BSF)  weight  per  larvarium,  as  recorded  at  harvest.  TMD1:  high‐nonfiber 

carbohydrate content total mixed diet; TMD2: high‐fiber content total mixed diet; TMD3: high‐protein content  total mixed diet.  At harvest, the weight of the BSFPs that were reared on experimental diets TMD1–TMD3 did not  differ from those that were reared on the C diet, but a higher weight (+39.6%) was observed for the  BSFPs reared on the TMD2 if compared to the TMD1 counterparts. However, total yield was affected  by the diet formulation with significant differences recorded for TMD3 BSFs against the C diet (p <  0.01) and TMD1 (p < 0.05). Neither the feed conversion ratio calculated on the total weight of diets as  fed (FCRW) nor that calculated on the diet DM basis (FCRD) was affected by diet formulation. Diet 

formulation had a stronger effect on the survival and development rate of BSFLs than on the yield in  terms of larvae live body weight, except the high‐protein diet (TMD3) for which an unexpected low  overall yield was observed. 

3.3. BSFP Proximate Composition and Nutrient Yields 

Among  the  three  experimental  diets,  only  the  BSFPs  reared  on  TMD1  showed  a  significant  difference compared with controls (Table 5). Notably, the BSFPs reared on TMD1 exhibited a lower  CP,  CPDEFATTED,  and  ROM  content  (−34.7%,  −18.3%,  and  −14.4%,  respectively)  than  controls;  it  did, 

however,  have  a  higher  fat  content  (+42.1%).  The  high‐protein  diet  (TMD3)  did  not  result  in  any  practical advantage (e.g., a significant higher CP content) in comparison to the isoenergetic control  diet or TMD2. No significant difference was observed between control and experimental diets as far  as the chitin and ash concentrations of BSFPs. 

Table  5.  Proximate  composition  (g/kg  DM;  unless  otherwise  stated)  of  black  soldier  fly  prepupae 

(BSFPs) reared on the control diet (C) or experimental diets (TMD1–TMD3).  Proximate composition  TMD1  TMD2  TMD3  SEM  p    DM (g/Kg WW)  333 ± 13  322 ± 7  344 ± 9  332 ± 7  4.7  0.443  ASH  101 ± 31  55 ± 19  110 ± 15  89 ± 22  11.0  0.358  CP  340 ± 10 A  222 ± 18 B  347 ± 18 A  342 ± 11 A  13.0  < 0.001  EE  330 ± 6 B  469 ± 18 A  319 ± 15 B  325 ± 17 B  14.7  < 0.001  CPDEFATTED  507 ± 14 A  414 ± 19 B  507 ± 17 A  506 ± 5 A  10.9  < 0.001  CT  77 ± 8  96 ± 10  90 ± 5  93 ± 11  4.3  0.469  ROM  243 ± 11 a  208 ± 10 b  233 ± 9 ab  232 ± 9 ab  5.3  0.105 

DM = dry matter; WW = wet weight; CP = crude protein; CPDEFATTED = crude protein on defatted dry matter base; 

EE = ether extract; CT = chitin; ROM = residual organic matter calculated as [100 ‐ (CP + EE + CT + Ash)]; SEM =  standard error for the mean; A,B values within a row with different superscripts are significantly different at p < 

0.01; a,b values within a row with different superscripts are significantly different at p < 0.05. TMD1: high‐nonfiber  carbohydrate content total mixed diet; TMD2: high‐fiber content total mixed diet; TMD3: high‐protein content  total mixed diet.  Combining biomass and proximate data, the yields of DM, CP, EE, and ROM were estimated  (Table 6). According to the high EE content of BSFPs reared on TMD1, the related EEY value was  higher (p < 0.01) than the BSFPs reared on the control diet and on the high‐fiber TMD2 and high‐ protein TMD3. No significant differences were recorded as far as the DM, ROM, and crude protein  yields per larvarium.  Table 6. Yield (g/larvarium) of dry matter, crude protein, ether extract, and residual organic matter  for BSFPs reared on the control (C) or experimental diets (TMD1–TMD3). 

(11)

Nutrient yields  TMD1  TMD2  TMD3  SEM  p    DMY  2.57 ± 0.36  3.08 ± 0.38  2.73 ± 0.3  2.77 ± 0.23  0.155  0.732  CPY  0.87 ± 0.12  0.68 ± 0.09  0.96 ± 0.14  0.95 ± 0.09  0.058  0.295  EEY  0.86 ± 0.13 B  1.45 ± 0.19 A  0.87 ± 0.1 B  0.90 ± 0.08 B  0.081  0.012  ROM  0.61 ± 0.07  0.65 ± 0.09  0.63 ± 0.06  0.63 ± 0.04  0.031  0.981  DMY = dry matter yield per larvarium; CPY = crude protein yield per larvarium; EEY = ether extract yield per  larvarium; ROMY = residual organic matter yield per larvarium; SEM = standard error for the mean. A,B values 

within a row with different superscripts are significantly different at p < 0.01 TMD1: high‐nonfiber carbohydrate  content total mixed diet;  TMD2:  high‐fiber content total  mixed diet;  TMD3:  high‐protein content total mixed  diet.  3.4. Fatty Acid Profiles of BSFPs and the Apparent Bioconcentration Factors  The FA profiles of the BSFP meal were affected by the diets that the larvae were reared on (Table  7). The SFA group was overrepresented (p < 0.01) in TMD1 prepupae in comparison with both the  control (+9.2%) and the other experimental diets. For the three highly represented SFA, the lauric acid  content (C12:0, overall mean 54.31 g/100 g of TDFA) and myristic acid content (C14:0, 8.77 g/100 g of  TDFA) were higher in TMD1 than in the control, and the TMD2–TMD3 prepupae, except palmitic  acid  (C16:0,  12.04  g/100  g  of  TDFA),  did  not  differ  among  the  BSFPs  reared  on  different  diets.  In  contrast, the stearic (C18:0) and arachidic (C20:0) acids showed an opposite pattern to the shortest  chain SFA, with the values recorded in the prepupae that were reared on TMD1 being lower than  those that were reared on the control diet (C18:0) or on TMD2–TMD3 (C20:0).  Table 7. Total detected fatty acid (TDFA) content (mg/100 g DM) and main fatty acid content (g/100  g of TDFA) of black soldier fly prepupae (BSFPs) reared on the control (C) or the experimental diets  (TMD1–TMD3).  Fatty acids  TMD1  TMD2  TMD3  SEM  p    TDFA  30.82±2.56 B  44.02±4.82 A  29.72±3.27 B  30.4±4.69 B  1.45  <0.001  C10:0  0.82 ± 0.11  0.81 ± 0.05  0.85 ± 0.06  1.02 ± 0.04  0.038  0.178  C12:0  54.31 ± 2.35 B  62.75 ± 0.89 A  55.22 ± 1.75 B  55.78 ± 0.95 B  1.024  0.005 

C12:1  0.05 ± 0.01 a  0.03 ± 0.01 b  0.04 ± 0.00 ab  0.05 ± 0.00 a  0.003  0.049 

C14:0  8.77 ± 0.11 B  10.70 ± 0.37 A  9.30 ± 0.22 B  8.84 ± 0.10 B  0.194  < 0.001 

C14:1 cis + C15:0  0.49 ± 0.08  0.38 ± 0.02  0.46 ± 0.02  0.48 ± 0.01  0.021  0.235 

C16:0  12.04 ± 0.75  10.87 ± 0.46  11.94 ± 0.60  11.95 ± 0.41  0.285  0.441 

C16:1  2.47 ± 0.32  2.78 ± 0.10  2.4 ± 0.12  2.43 ± 0.08  0.092  0.463 

C18:0  1.18 ± 0.11 a  0.92 ± 0.08 b  1.09 ± 0.07 ab  1.09 ± 0.06 ab  0.044  0.207 

C18:1 cis 9  6.4 ± 0.80 a  4.75 ± 0.21 b  5.3 ± 0.34 ab  5.08 ± 0.18 ab  0.250  0.093 

C18:1 cis 11  0.34 ± 0.02 A  0.16 ± 0.02 B  0.43 ± 0.05 A  0.42 ± 0.06 A  0.029  0.001 

C18:2 n‐6  8.07 ± 1.25 A  3.69 ± 0.11 B  8.5 ± 1.11 A  7.65 ± 0.77 A  0.587  0.005 

C18:3 n‐6  0.02 ± 0.00 A  0.01 ± 0.00 B  0.02 ± 0.00 A  0.01 ± 0.00 A  0.001  0.007 

C18:3 n‐3  0.54 ± 0.06 ABa  0.37 ± 0.01 Bb  0.64 ± 0.07 A  0.67 ± 0.03 A  0.034  0.003 

C20:0  0.03 ± 0.00 A  0.02 ± 0.00 B  0.03 ± 0.00 A  0.03 ± 0.00 A  0.002  0.002 

C20:1 cis 11  0.02 ± 0.00 A  0.01 ± 0.00 B  0.02 ± 0.00 A  0.02 ± 0.00 A  0.001  < 0.001 

C20:2 n‐6  0.01 ± 0.00  0.01 ± 0.00  0.00 ± 0.00  0.01 ± 0.01  0.002  0.659 

C22:0  0.07 ± 0.02  0.07 ± 0.04  0.05 ± 0.03  0.05 ± 0.02  0.018  0.598 

Unidentified FA  1.04 ± 0.23  1.28 ± 0.54  0.60 ± 0.27  0.83 ± 0.36  0.225  0.532 

ΣSFA  79.58 ± 1.55 B  86.89 ± 0.57 A  81.05 ± 1.15 B  81.35 ± 0.35 B  0.750  < 0.001 

Σiso + anteiso FA  0.47 ± 0.09 B  0.77 ± 0.30 A  0.39 ± 0.14 B  0.34 ± 0.09 B  0.201  < 0.001 

ΣMUFA  10.55 ± 0.9 a  8.49 ± 0.39 b  9.01 ± 0.42 a  8.87 ± 0.16 a  0.300  0.066 

ΣMUFA trans  8.77 ± 0.11  10.7 ± 0.37  9.3 ± 0.22  8.84 ± 0.1  0.090  0.301 

(12)

ΣUFA/ΣSFA  0.26 ± 0.02 A  0.15 ± 0.01 B  0.24 ± 0.02 A  0.23 ± 0.01 A  0.011  0.001 

ΣMUFA/ΣSFA  0.13 ± 0.01 A  0.1 ± 0.01 B  0.11 ± 0.01 A  0.11 ± 0 A  0.005  0.032 

ΣPUFA/ΣSFA  0.13 ± 0.01 A  0.05 ± 0 B  0.12 ± 0.01 A  0.12 ± 0 A  0.008  < 0.001 

ΣPUFA/ΣMUFA  0.96 ± 0.08 A  0.55 ± 0.03 B  1.1 ± 0.08 A  1.1 ± 0.03 A  0.055  < 0.001 

SFA = saturated fatty acids; MUFA = monounsaturated fatty acids; PUFA = polyunsaturated fatty acids; UFA =  unsaturated fatty acids; SEM = standard error for the mean A,B values within a row with different superscripts 

are significantly different at p < 0.01; a,b values within a row with different superscripts are significantly different 

at p < 0.05. TMD1: high‐nonfiber carbohydrate content total mixed diet; TMD2: high‐fiber content total mixed  diet; TMD3: high‐protein content total mixed diet. 

On  average,  the  MUFA  accounted  for  9.2%  of  all  the  TDFA,  but  significant  differences  were  observed among the diets. The BSFPs reared on TMD1 had an MUFA content, especially the oleic  acid (C18:1 cis 9), that was lower than the those on C, TMD2, or TMD3. Among all the identified FA,  PUFA  accounted  for  as  much  as  8.6%,  with  differences  among  the  diets  that  are  similar  to  those  recorded for MUFA. Mainly, TMD1 prepupae were approximately half lower in MFA and PUFA than  in  the  experimental  counterparts,  with  considerable  differences  in  the  linoleic  (C18:2  n‐6)  and  α‐ linolenic (C18:3 n‐3) acids. All the ratios presented in Table 6, including the total identified SFA, UFA,  MUFA, and PUFA, resulted in lower values for BSFPs reared on TMD1 (p < 0.01) in comparison with  those reared on C, TMD2, and TMD3. The degree to which each detected and quantified FA in the  diets tended to accumulate in BSFP fat matter was estimated by the calculation of specific apparent  bioconcentration factors (Table 8 and Figure 1). According to the method of calculation proposed here  (see  Equation  (6)),  the  aBCF  values  higher  than  unity,  as  for  many  SFA  and  for  palmitoleic  acid  (C16:1), have to be regarded as indices of apparent accumulation in the BSFPs concerning the levels  found  in  the  diets.  Except  for  the  oleate  (C18:1  cis  9),  the  diet  had  a  substantial  effect  on  all  the  calculated aBCF values.  Table 8. Apparent bioconcentration factors (aBCFs) for individual fatty acids found in black soldier  fly prepupae (BSFPs) reared on the control (C) or experimental diets (TMD1–TMD3).  aBCFs  TMD1  TMD2  TMD3  SEM  p    aBCFC12:0  84.86 ± 3.68 D  169.6 ± 2.41 C  250.98 ± 7.94 B  328.09 ± 5.58 A  19.075  <0.001  aBCFC14:0  17.54 ± 0.23 B  17.84 ± 0.61 AB  15.76 ± 0.38 C  22.1 ± 0.25 A  0.519  <0.001  aBCFC16:0  0.49 ± 0.03 a  0.34 ± 0.01 b  0.43 ± 0.02 ab  0.44 ± 0.02 ab  0.015  0.001  aBCFC16:1  7.49 ± 0.98 B  13.89 ± 0.50 A  8.00 ± 0.40 B  8.11 ± 0.28 B  0.614  <0.001  aBCFC18:0  0.78 ± 0.08 ABb  0.58 ± 0.05 Bc  0.98 ± 0.07 Aa  1.00 ± 0.06 A  0.046  <0.001  aBCFC18:1 cis 9  0.31 ± 0.04  0.36 ± 0.02  0.38 ± 0.02  0.38 ± 0.01  0.013  0.211  aBCFC18:1 cis 11  0.48 ± 0.03 a  0.3 ± 0.04 b  0.44 ± 0.05 a  0.43 ± 0.06 ab  0.026  0.061  aBCFC18:2 N‐6  0.17 ± 0.03 A  0.08 ± 0.01 Bb  0.17 ± 0.02 A  0.15 ± 0.02 ABa  0.012  0.008 

aBCFC18:3 N‐3  0.13 ± 0.01ABa  0.09 ± 0.00 Bb  0.15 ± 0.02 A  0.13 ± 0.01 ABb  0.007  0.015 

aBCFC20:1 cis 11  n.c.  0.06 ± 0.01 B  0.08 ± 0.01 A  0.07 ± 0.01 AB  0.004  0.005 

SEM = standard error for the mean; n.c. = not calculable; A,B,C,D values within a row with different superscripts 

are significantly different at p < 0.01; a,b,c values within a row with different superscripts are significantly different 

at p < 0.05. TMD1: high‐nonfiber carbohydrate content total mixed diet; TMD2: high‐fiber content total mixed  diet; TMD3: high‐protein content total mixed diet.  Considering the main groups of FA (Figure 1), the highest aBCF values were recorded for the  total SFA. For this FA group, the aBCF values were higher than unity regardless of the diet. However,  the BSFPs reared on the control diet tended to accumulate more saturated FA than BSFs reared on  the isoenergetic TMD2 and TMD3. In contrast, BSFPs reared on TMD1 exhibited the lowest aBCF for  SFA, even if that diet was richer in SFA than were the others (see Table 3). Overall, the aBCF of the 

(13)

unsaturated FA were lower than unity, which indicated that BSFPs did not absorb unsaturated FA  from  diets  or  possibly  turned  ingested  UFA  into  more  saturated  FA.  Some  significant  differences  among the diets were recorded with BSFs reared on the C diet, which showed a lower tendency (p <  0.05) to accumulate MUFA and that the TMD1‐reared BSFs showed the lowest (p < 0.01) aBCF value  for PUFA.    Figure 1. Effect of the diet on the apparent bioconcentration factors for the total identified saturated  fatty acids (SFA), monounsaturated fatty acids (MUFA), and polyunsaturated fatty acids (PUFA) in  the control (C) and experimental diets (TMD1: high‐nonfiber carbohydrate content total mixed diet;  TMD2: high‐fiber content total mixed diet; TMD3: high‐protein content total mixed diet). A,B,C capital 

letters above the means indicate a significant difference at p < 0.01; a,b letters above means indicate a 

significant difference at p < 0.05. 

Overall, the saturated FA in BSFPs was poorly correlated with the levels that were found in their  diets, with the exception of myristate (C14:0) and palmitate (C16:0), for which positive and negative  correlation  coefficients  were  observed,  respectively.  As  regards  the  unsaturated  FA,  with  the  exception  of  linoleic  acid,  all  significant  correlations  between  the  specific  FA  in  the  diet  and  the  respective levels found in BSFPs were positive, which suggested that there is a general tendency for  BSFPs to reflect the differences of these FA among the diets (Table 9). Branched‐chain FA in BSFPs  was negatively correlated with the levels that were found in their diets.  Table 9. Correlations among the fatty acid concentrations in black soldier fly prepupae (BSFPs) and  the fatty acid concentrations in their diets.  FA  FA  C12:0  −0.06  C18:2 n‐6  0.41 *  C14:0  0.59**  C18:3 n‐6  0.41 *  C16:0  −0.33*  C18:3 n‐3  0.45 *  C16:1  −0.31  C20:0  0.25  C18:0  −0.16  C20:1 cis 11  0.52 *  C18:1 cis 9  0.50*  Σiso + anteiso FA  −0.42 *  C18:1 cis 11  0.72***  ΣMUFA trans  −0.25  FA = fatty acid or FA group; r = Person’s product moment correlation coefficient; * p < 0.05; ** p < 0.01; *** p <  0.001.  4. Discussion  0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

∑SFA ∑MUFA ∑PUFA

aBCF C TMD1 TMD2 TMD3 Aa C B ABb b a a a A B A A

(14)

BSFLs are generalist detritivores [25] that are able to efficiently convert a wide range of organic  substrates into high‐protein larval biomass suitable for farm animal feeding purposes [41,42]. Despite  the practical demonstration of using BSF larvae for poultry and pigs [14] as well as farmed fishes [43],  feeding optimized, low‐value diets for rearing on this insect have not been proposed until now. More  importantly, it seems that the nutritional requirements of BSFLs are not well investigated [10], and a  complete understanding of the nutrition physiology of this insect species is far from being achieved.  However, for successful mass rearing of BSFs, the high standard of conversion efficiency, substrate  reduction, and nutritive principles accumulation in a larval meal cannot be reached if the nutrition  requirements of this species are not well understood. In other words, if BSFs or other insects are to  become a more mainstream food or feed source, diets must be optimized to allow for the cheapest  mass  production  [15].  Of  the  four  diets  tested  in  this  research,  the  high  NFC  and  high  CP  concentrations in TMD1 and TMD3 led to the worst results in terms of larval survivorship, but TMD1  also yielded poor results for the BSFP to total BSFL ratio and the total BSFP weight (Table 4). The role  of non–fiber carbohydrates is poorly studied in insects, particularly in dipteran species. However, it  seems that dipteran larvae can survive and grow with zero‐ or low‐carbohydrate diets due to their  ability to obtain the energy for maintenance and body weight gain from proteins [44]. In contrast, an  excess of starch and sugars has been shown to exert adverse effects on the growth performance of the  house fly reared under strictly controlled conditions [44]. Recently, it has been shown that the protein‐ to‐digestible‐carbohydrate ratio plays a significant role in the select life‐history traits of BSFs, even  though its effect may be widely modulated by the moisture content of diets [25]. In particular, excess  carbohydrates (35% DM, CP = 7% DM, 70% diet moisture as fed) caused a significant delay (0.4–6.9  days)  in  the  time  required  for  40%  of  the  BSFLs  to  become  prepupae  in  comparison  with  a more  balanced diet [25]. In our experimental condition, the low BSFP/total BSFL ratio recorded for TMD1  (Table 4) can be interpreted as a result of the delayed passage from feeding larvae to prepupae, as  was  described  in  other  studies  [23,25]  and  is  imputable  to  the  high  NFC  content  of  that  diet  in  comparison with the others under experimentation. The TMD1 also gave worst results for the total  BSFP weight at harvest but performed better than the high‐protein TMD3, if the total BSF (feeding  larvae  and  prepupae)  weight  is  considered.  For  the  high  CP  content  of  BSFL  diets,  Tschirner  and  Simon [10] observed a low survival rate of BSFLs reared on a high‐protein substrate (dried distillers  with solubles, CP = 312 g/kg DM) in comparison with other BSFLs fed on a control diet having 238  g/kg DM crude proteins (SR = 21.7% and SR = 55.6%, respectively). Compared to those findings, the  overall survival rates observed in our study were higher, but differences between high‐protein diet  TMD3 and C or TMD2 penalized the survivorship of growing BSFLs. In addition, the high‐protein  TMD3 diet yielded a lower BSF weight at harvest compared with TMD1, which suggested that, under  our  experimental  conditions,  having  a  high‐protein  content  in  the  diet  of  BSFs  exerted  a  more  significant  impact  than  did  an  excess  of  digestible  carbohydrates.  This  observation  might  be  explained by the energetic costs that are related to the detoxification of proteinogenic nitrogen excess.  In  partial  support  of  this  hypothesis,  it  has  been shown that the  metabolic  rate  at  27 °C  of  BSFLs  reared  on  a  protein‐rich  diet  is  higher  than  that  of  BSFLs  reared  on  more  balanced  diets  [23].  Furthermore,  high‐protein  diets  have  detrimental  effects  on  the  survivorship  and  growth  of  the  honey bee (Apis mellifera L.; Hymenoptera: Apidae) [45] and cotton bollworm (Helicoverpa zea Boddie;  Lepidoptera:  Noctuidae)  [46]  larvae.  Under  our  experimental  conditions,  the  final  pH  values  recorded in TMD3 frass (8.77 ± 0.06) were significantly higher (p < 0.01) than in the other larvaria (7.25 

(15)

± 0.09 for C, 6.32 ± 0.05 for TMD1 and 8.12 ± 0.05 for TMD2), which suggested that a lower larval  retention of nitrogen probably took place, as was hypothesized by Tschirner and Simon [10] about  BSFLs reared on a high‐protein substrate. It has to be underlined that TMD3 was not the diet with  the  highest  pH value  at  the beginning of the trials  (see  Section  3.1).  The  high  pH of the substrate  obtained through manipulation by the addition of sodium hydroxide does not seem to be a problem  for the development of BSFs [47], but it is also possible that the high pH value that was recorded in  TMD3  frass  during  the  harvest  was  an  indicator  of  an  excessive  release  of  alkaline  and  toxic  catabolites, such as ammonia [10]. 

The proximate composition of BSFPs is of prime importance in the view of their possible use as  animal feed and in other applicative usages (e.g., biodiesel production). Among the four diets tested,  the more protein‐rich TMD3 did not yield any practical advantage, compared with the control diet  or the high‐fiber TMD2 (Table 5). In fact, the CP content of BSFPs reared on TMD3 was not different  from  the  levels  found  in  the  C  and  TMD2  counterparts.  These  surprising  results  corroborate  our  observations about the low‐growth performance shown by BSFLs reared on TMD3 but are in contrast  with findings by other studies. For example, Tschirner and Simon [10] found that BSFLs reared on a  proteinaceous substrate (CP = 31.2% DM) had a CP content of 44.6 ± 0.6% DM that was intermediate  between their control (37.2 ± 0.7% DM) (middlings as a substrate, CP = 22.0% DM) and the fiber BSFLs  (52.3  ±  1.7%  DM)  (sugar  beet  pulp  as  a  substrate,  CP  =  8.5%  DM).  However,  the  data  that  were  obtained on the larval pool (approximately 70% of BSFPs) on which those researchers carried out the  laboratory  analysis  can  only  be  approximately  compared  with  our  data  that  were  obtained  exclusively  on  BSFPs.  Working  on  BSFPs,  Tinder  [48]  found  that  mixing  sorghum  (CP  =  3.5%)  in  different ratios with cowpea (CP = 7.7%) from 100 to 0% resulted in an increasing content of larval  CP. Our diets, however, had a higher CP content (Table 2) when compared with the ones used by  Tinder  [48],  and  this  may  be  a  critical  difference  in  the  interpretation  of  the  respective  results.  In  another study [49], BSFLs were reared on different artificial diets formulated to have proteins (P) and  fats (F) at high (H) or low (L) levels, which were combined in a 2 × 2 experimental design (HPHF,  HPLF, LPHF, and LPLF). In these experimental conditions, it was shown that the CP content of BSFLs  increased,  passing  from  low‐  to  high‐protein  substrates  when  the  fat  content  was  high  (LPHF  vs.  HPHF), but there were no significant differences when comparing the BSFs reared on substrates with  the lowest fat content (HPLF vs. LPLF) [49]. Thus, univocal relationships between the protein content  in the BSF diet and the larval body are not always clear. In our study, despite the similarity in the fat  content  of  the  experimental  diets  (Table  2),  the  BSFPs  reared  on  the  high  NFC  diet  (TMD1)  were  approximately  50%  fatter  than  the  others  (Table  5).  The  higher  amount  of  lipids  that  were  accumulated  in  the  body  was,  however,  counterbalanced  by  a  lower  protein  content.  Because  the  gross energy content of TMD1 was similar to that of the C diet and TMD2, the main factor affecting  the protein‐to‐fat content ratio in BSFPs might have been the protein‐to‐carbohydrate ratio of the diet.  In fact, the TMD1 had an NFC content of 15 and 17% higher than C and TMD2, respectively, but had  a  similar  CP  content  (Table  2).  However,  the  causal  mechanism  underpinning  this  experimental  evidence is not clear. Spranghers et al. [18] did not find significant differences between the fat levels  in BSFPs reared on restaurant waste (NFC = 618 g/kg DM; CP = 157 g/kg DM) in comparison with  control BSFPs reared on chicken feed (NFC = 425 g/kg DM; CP = 175 g/kg DM) or vegetable waste  (NFC = 449 g/kg DM; CP = 86 g/kg DM). However, their experiments did not last a prefixed time, as  in our study (21 days), because harvesting took place six days after the first prepupa appeared in each 

(16)

experimental treatment [18]. The development rate of BSFPs largely depends on the physicochemical  traits of the diets, in particular, the protein‐to‐carbohydrate ratio, as shown by our data and by others’  data [25]. However, all the life‐cycle phases of BSFs are characterized by dynamic changes in the body  nutrient concentrations [50]. As a matter of fact, it has been shown that early prepupating BSFLs (E‐ BSFPs, i.e., larvae prepupating within the first two days from the appearance of the first BSFPs) have  20% less crude lipids than ones that prepupate later (L‐BSFPs) [50]. Apart from any other possible  consideration concerning other differences between our study and that of Spranghers et al. [18] (e.g.,  the  fiber  or  GE  concentrations),  the  different  harvesting  procedures  might  have  introduced  confounding  factors  that  do  not  make  the  respective  results  directly  comparable.  However,  the  increased fat content of BSFPs reared on TMD1 can be explained by the demonstration of Li et al.  [51],  who  showed  that  adding  simple  sugars  (especially  glucose,  the  monomeric  unit  of  starchy  matter) to a standard diet improved fat accumulation in the growing BSFLs. In our study, numerical  differences were found in the ash content of BSFPs, and these differences roughly reflect the pattern  of the ash content of the tested diets. A significantly different mineral accumulation in BSF larvae has  been found by Tschirner and Simon [10] regarding the amounts that are available through the diet,  but the differences in ash concentrations of the three diets tested by those authors were greater than  the ones that were used in the present study. The fatty acid profile of BSFPs intended for animal feed  is a fundamental issue in light of obtaining animal food products with healthy levels of UFA and  specific  FA  ratios  (e.g.,  n‐6/n‐3  FA,  PUFA/SFA). A  fortiori,  the  issue  is  particularly  relevant  if  the  insects and their derived products are to be directly developed for human consumption. To some  extent, it has been shown that the FA composition of BSFLs can be modulated dynamically depending  on the particular assortment of FA in their diet [52,53] and the duration of specific feeding regimes  [54]. Despite this, some lipidic components play a functional role in BSFs and cannot be modulated  at will. It is well documented that the dipterans have typically high concentrations of palmitic (C16:0),  palmitoleic (C16:1), and oleic (C18:1) acids [55]. However, it is also known that some dipteran species  can survive with diets excluding these FAs [44], which indicates that they are able to produce these  FAs  from  other  sources  to  meet  specific  physiological  requirements.  In  BSFPs,  we  found  a  huge  quantity of lauric acid (C12:0) that amounted to more than 50% of the TDFA, despite the very low  levels of this FA that were found in the diets. Barroso et al. [53] obtained BSF larvae that are rich in  lauric acid (>30% of total FA), even though this FA occurred in the diets at levels that are comparable  to those in our experiment (<1% of total FA). In another study [52], lauric acid was as much as 43.4%  of the total FA in BSFLs but was undetectable in BSFPs or other six promising insect species for aqua‐ feed applications. In our study, there were no significant differences among the diets as far as the  capric acid, but there was more C12:0 (62.8% of TDFA) in the BSFPs that were reared on the NFC‐ richer diet (TMD1). Similar differences were observed when comparing the myristic acid content of  BSFPs reared on TMD1 to that of the others (Table 7). These differences made the TMD1 BSFPs higher  in SFA content than the others. Oonincx et al. [49] were able to detect capric acid (C10:0) in a range  between 0.7 and 1.3% of TFA and laurate from 18.9 to 50.7% of TFA in BSF larvae that were reared on  five  different  diets.  Unfortunately,  the  data  that  were  reported  by  Oonincx  et  al.  [49]  added  little  useful information on the complex picture regarding the partition of energy and/or FA provided with  the diet to the BSF larvae FA, because they did not report other diet proximate values than that of dry  matter and CP. However, their data show that the highest lauric and myristic acids concentrations  were found in BSF larvae that were fed with low‐fat diets (TFA ranging from 1 to 3.5%), regardless of 

Riferimenti

Documenti correlati

Pur segnalando le aree di sovrapposizione della mediazione familiare e di quella civile (tra l’altro, nelle controversie in materia di divisione, successione ereditaria e patti

• A spatially explicit approach in ESs assessment and valuation is a must when dealing with management and planning at the landscape level, in order to provide credible information

In this study, we demonstrate that the tegument protein pp65 (pUL83) recruits IFI16 to the promoter of the UL54 gene and downregulates viral replication as shown by use of the

Based on the findings of previous studies [ 2 , 3 , 13 ], we hypothesise that water clarity and colour, the presence of algae, the composition of the lake shore and the surrounding

Il presente scritto si propone, dunque, di considerare la posizione dei nati da fecondazione assistita per appurare il fondamento del diritto a conoscere le proprie origini e

Connections between science fiction across media and international expositions as &#34;chrononautical spaces&#34; can be critically assessed and presented in the class on

Considerando un periodo intercolturale più lungo, come nel caso della rotazione tra un cereale vernino e una coltura estiva, le alternative al trattamento estivo con il